各位同学大家好，欢迎继续做客电子工程学习圈，今天我们继续来讲这本书，硬件系统工程师宝典。上篇我们读到硬件电路的概要设计需要考虑的问题，相关的可行性分析可以使开发工作事半功倍。

信号完整性分析概述

今天我们开始学习在高速电路设计中，经常遇到的问题---信号完整性分析。信号完整性指的是在高速电路设计中由互连线所引起的问题，要求接收端能接受到符合逻辑电平要求、时序要求和相位要求的信号。

如下图所示为噪声影响带来的电源电压波动及噪声引起的电源辐射：

噪声引起的电压波动

噪声引起的电源辐射

因此，为实现信号的有效传输，需要保证信号波形的完整和信号时序的完整。作者把信号完整性的研究归结为以下四类：

1.单一网络的信号完整性问题。在设计PCB走线时，需使信号在经过整个互连线时阻抗相同。

2.两个或多个网络间的串扰。为减少网络之间的串扰，应尽量加大走线之间的间距并使走线与其非理想的返回路径之间的互感最小。

3.电源和地分配中的轨道塌陷；可通过充分利用电源与地平面之间的耦合及添加相应的符合谐振特性的去耦电容，使电源/地路径的阻抗尽量减少。

4.来自整个系统的电磁干扰和辐射。可尽量减小传输信号的带宽，并尽量使地阻抗达到最小，也可以采取一定的屏蔽措施。

信号的时域与频域

为了更好的分析、解决信号完整性问题，我们引入了信号的时域与频域概念。我们知道正弦波是频域中唯一存在的波形，对于正弦波的数字描述，需要三个参量：频率、幅度和初相位。一个方波信号可以由多个不同频率的正弦波叠加而成，如下图所示：

正弦波叠加为方波信号

为简化分析，在频域中一般以频率和幅度为坐标轴画出两个值。如下图所示为时域中的正弦波及其对应的频域分布：

时域中的正弦波及其对应的频域分布

我们常说的傅里叶变换可以将信号从时域变换到频域，傅里叶逆变换可以将信号从频域还原为时域。常用的傅里叶变换有傅里叶积分（FI）和离散傅里叶变换（DFT）。

那么，信号用时域和频域两个方面描述的意义是什么？作者说，时域比较直观，能够从时间和信号的波形来观察结果，但是不容易发现和解决问题；而频域分析会看到不同频率对应的不同阻抗特性，比较容易定位问题点。如下图所示，可以清楚地看出时域和频域的关系。

时域与频域的关系

在分析信号时，当正弦波信号到某个频点后，在PCB路径上传播时衰减得特别快。我们研究信号完整性的目的就是为了使设计的系统有较强的鲁棒性，具有较大的设计余量，为了对信号分析，需要确定这个频点。通过IC Datasheet或对信号的实际测量可以通过信号的上升时间Tr，

得到信号的带宽（BW），使用BW=0.5/Tr时，对设计的要求更高。当确定了BW后，就明确了要分析的信号的分析范围，在频域内就对应一个个频点。

在该BW频带内进行S参数（S参数，也就是散射参数。是微波传输中的一个重要参数。从S参数中可以看出许多 的信息,包括传输线的阻抗、隔离度、耦合、信号的衰减等）仿真，如下图所示，随频率增加，信号的衰减越来越严重：

S参数回波损耗

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